网络可配置的工业装置制造方法

网络可配置的工业装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了网络可配置的工业装置。一种装置被配置为能够在多个网络环境内进行操作。多个不同的配置可用来设置在该装置上，其中第一配置使得能够在第一网络上进行操作，并且第二配置使得能够在完全不同的第二网络上进行操作。可以组合与多路复用器交换机、网络交换机、内部CPU、外部CPU、路由链路等相结合的多个外部端口，以便于针对该装置进行多种配置。该装置适合并入人机接口中，以在工业处理操作中应用。可以将接收端口信息并入数据帧中以便于识别与数据帧的接收相关联的外部端口。可应用网络包括线性拓扑、环形拓扑、星形拓扑、以太网、ROCKWELL NEO、EtherNet/IP、一个或多个LAN等。可以经由USB装置或接口来进行配置。
【专利说明】网络可配置的工业装置

【技术领域】
[0001] 本说明书通常涉及工业自动化环境中所采用的控制系统，尤其涉及应用于网络环 境中的装置的配置。

【背景技术】
[0002] 计算机系统如同其它操作环境一起已经发现在工业自动化环境中的许多应用并 且无处不在地到处被采用，例如以控制过程、机器和装置等的操作。为了便于过程的控制 等，一个或多个控制器(例如，可编程逻辑控制器（PLC))与输入/输出（I/O)装置一起使用， 从而连同收集与正如何执行过程有关的过程信息(例如，测量结果、数据、值、参数、变量、元 数据等)一起控制该过程的操作。为了使操作员与该过程的交互最大化，可以将过程信息从 控制器转发至也被称为人机接口（HMI)、图形用户接口（⑶I)、终端等的一个或多个接口， 以向操作员进行显示。在检查所显示的过程信息时、并且结合与接口相关联的硬件和软件 控制，操作员可以根据需要进一步调整过程以便于进行正确的过程操作。可以在接口处生 成命令，将其转发至控制器，并且相应地，控制器遵照其行动。例如，热电偶可以检测炉的温 度，控制器从热电偶获得信号，控制器转发这些信号以显示在接口上，由此操作员注意到炉 温度的下降，经由控制器按下"升温"控制件，并且作为响应接通炉加热器。
[0003] 许多应用要求装置(例如，HMI)使用线性拓扑连接至网络，在该线性拓扑中，按照 以太网网络的配置，装置通常包括两个以太网端口（双端口）并且以一个装置连接至另一装 置的方式顺次连接。然而，该方法的潜在问题是两个节点之间的链路或一个节点的故障导 致不能到达在故障的任一侧的节点。实际上，网络断开。解决这样的问题的方法是装置级 环（DLR)网络。DLR使用基于以太网的环协议以便于联网装置的连接，其中这些装置可以以 环形拓扑配置，以使得即使在单点故障（即，两个节点之间的链路的故障）的情况下，在包括 网络的其余装置之间仍可以发生通信。
[0004] 此外，与被配置为在不同类型的网络(例如，环形拓扑网络）中进行操作的装置相 t匕，对于在给定网络(例如，线性拓扑网络）中进行操作的装置，需要不同的网络硬件/配置 以便于这样的操作。因此，例如，在对于利用DLR网络进行操作的过程而言HMI的要求可能 与在星形网络中工作的HMI的要求(例如，过程参数的显示、数据获取等）相同的情况下，必 须将两个单独装置储存在库存内并且使得其对于客户可用，例如针对DLR拓扑操作所配置 的第一 HMI和针对星形拓扑操作所配置的第二HMI。提供两个不同的装置以执行相似功能 在目录编号、制造和库存等方面对公司的产品供应增添了不期望的复杂性。
[0005] 此外，在工业工厂中可能遇到其它形式的网络协议。例如，可存在以太网、(作为以 太网协议的特点（flavor)的)DLR和其它网络协议，诸如，对于工业应用，已经开发了以太网 工业协议（EtherNet/IP或ENIP)，其中EtherNet/IP是进行工业控制系统与其部件(诸如可 编程自动化控制器、可编程逻辑控制器或I/O系统）之间的通信所使用的工业应用层协议。
[0006] 另一协议是ROCKWELL AUTOMATION所开发的用于在控制系统的机箱/背板级处进 行通信的ΝΕΟ。ΝΕ0是为了与标准以太网协议相比扩展功能性而开发的。实际上，可将ΝΕ0 认为是在背板物理层(例如，在主板层（board layer)而不是在线缆层)进行操作的以太网。
[0007] 传统联网装置的上述缺陷仅意在提供传统系统和技术的部分问题的上下文概述， 并且并不是详尽的。在阅读以下说明时，传统系统和技术的其它问题、以及这里所述的各种 非限制性实施例的相应方面变得更加明显。


【发明内容】

[0008] 根据本发明的一方面，提供了一种网络交换系统，包括：交换机，包括中央处理器 单元（CPU)侧通道、第一输入通道和第二输入通道；内部CPU，连接至所述交换机的所述CPU 侧通道和计算机总线；第一外部端口，连接至所述交换机的所述第一输入通道；多路复用 器（MUX)，包括至少两个MUX交换机，其中第一 MUX交换机连接至所述交换机的所述第二输 入通道；第二外部端口，连接至所述多路复用器；以及配置参数，被配置为选择将所述第二 外部端口路由至所述多路复用器中的所述第一 MUX交换机或所述多路复用器中的第二MUX 交换机。
[0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：确定用于操作被配置为在第一网 络配置和第二网络配置下进行操作的装置的网络是否能够应用于所述第一网络配置或所 述第二网络配置；以及基于所述确定的结果，将所述装置配置为在所述第一网络配置或所 述第二网络配置下进行操作。
[0010] 根据本发明的又一方面，提供了一种包括计算机可执行指令的计算机可读存储介 质，所述计算机可执行指令响应于执行来使计算系统进行包括以下的操作：在多路复用器 MUX中选择第一 MUX交换机或第二MUX交换机，其中所述第一 MUX交换机连接至内部中央处 理器单元CPU并且所述第二MUX交换机连接至外部中央处理器单元CPU，其中选择所述第 一 MUX交换机便于在单个网络内进行操作，并且选择所述第二MUX交换机便于在包括多个 网络的网络内进行操作，所述多个网络包括第一局域网和第二局域网。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 参照附图来进一步描述各种非限制性实施例，在附图中：
[0012] 图1是示出根据第一操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0013] 图2是示出根据第二操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0014] 图3是示出根据第三操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0015] 图4是示出根据第四操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0016] 图5是示出根据第一类型的第五操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限 制性实施例的框图。
[0017] 图6是示出根据第二类型的第五操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限 制性实施例的框图。
[0018] 图7是示出根据第一类型的第六操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限 制性实施例的框图。
[0019] 图8是示出根据第二类型的第六操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限 制性实施例的框图。
[0020] 图9是示出根据第七操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0021] 图10是示出根据第八操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0022] 图11是示出根据第九操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0023] 图12是示出根据第十操作模式的网络交换机的配置的示例性的非限制性实施例 的框图。
[0024] 图13是示出在多个网络应用中进行操作的装置的配置的示例性的非限制性实施 例的框图。
[0025] 图14是示出在多个网络应用中进行操作的装置的配置的示例性的非限制性实施 例的框图。
[0026] 图15是示出在多个网络应用中进行操作的装置的配置的示例性的非限制性实施 例的框图。
[0027] 图16是示出在多个网络应用中进行操作的装置的配置的示例性的非限制性实施 例的框图。
[0028] 图17是示出在多个网络应用中进行操作的装置的配置的示例性的非限制性实施 例的框图。
[0029] 图18是示出示例性的非限制性实施例的流程图。
[0030] 图19是示例联网环境。
[0031] 图20是示例计算环境。

【具体实施方式】
[0032] 如前面所述，装置可以在单个网络环境(例如，以太网网络、DLR网络、EtherNet/IP 网络、ΝΕΟ背板、线性拓扑网络、星形拓扑网络、环形拓扑网络等中)进行操作。然而，利用传 统系统，与以太网网络相比，需要单独的硬件/软件以使装置在特定网络中（例如，在DLR网 络中)进行操作。DLR网络配置装置将无法在以太网配置网络中进行操作。因而，提供多个 不同的装置以执行相似功能在目录编号、制造、库存等方面对公司的产品供应增添了复杂 性。在这里所呈现的各种示例性的非限制性实施例中，单个装置可被配置为在多个网络类 型中进行操作，其中硬件/软件为所有支持网络类型有效地共有的。例如，在设置ΗΜΙ期间 可以从任意支持配置(例如，在固件上可用和/或固件支持的任意配置）中选择特定网络配 置的情况下，可以将固件并入ΗΜΙ装置中，其中该固件包括数据/代码以便于ΗΜΙ在任意网 络（例如，Ethernet、DLR、EtherNet/IP、ΝΕ0 等）中进行操作。
[0033] 为了装置的可读性，将ΗΜΙ、控制器、通信桥、通信适配器、网络上的输入/输出装 置、接口、终端和⑶I等称为装置或ΗΜΙ，然而，应当理解，术语"装置"或"ΗΜΙ"涉及需要网 络通信的任意接口、终端、装置、ΗΜΙ、⑶I、机器、部件、软件等。
[0034] 此外，术语"地址"贯穿全文用来表达端口、内部CPU和外部CPU等中的任一个的标 识的概念，其中地址可以包括为了便于通过相应网络传输数据所需的任何配置/格式。地 址可以是因特网协议（IP)地址、介质访问控制（MAC)地址等。
[0035] 此外，术语"主机"在本文中用来指代CPU，例如实现/托管特定功能的内部CPU或 外部CPU。例如，DLR功能可由内部CPU来操控，而IP功能可由外部CPU来操控。
[0036] 此外，本文中所呈现的各种实施例涉及并入数据帧中的标识符等的概念。应当理 解，这些标识符可以并入数据帧/数据帧头的任何适当位置、诸如在帧的开头、末尾、中间 等。
[0037] 本文中呈现两种表示法以表达各种示例性的非限制性实施例。第一表示方法是 "交换机模式"方法(例如，如图1至图12中所使用的)。第二表示方法是"系统"方法(例如， 如图13至图17中所使用的)，其中可以与利用特定系统来参考特定交换机模式的配置的第 一表示方法相关联地读取该"系统"方法。
[0038] 如图1至图12和表1所示，可以支持切换操作的10种操作模式（图5和图6具有 共同结构，并且图7和图8具有共同结构)。图1至图12中所使用的共同表示如下：通常在 交换机的左手侧示出装置侧部件(例如，参照图1，为内部CPU110和外部CPU120)，而通常在 交换机的右手侧示出网络部件(例如，参照图1，为ΝΕ0配置130和ΝΕ0配置140)。在示例 性实施例中，内部 CPU (例如，110、210、310、410、510、610、710、810、910、1010、1110 和 1210 中的任一个）例如可以在包含交换机的相同专用集成电路(ASIC)上，而外部CPU可以位于 单独电路上。采用以下所呈现的各种示例性实施例，如以下进一步所说明的，特定帧类型可 被规定为由内部CPU进行操控，而另一帧类型可被规定为由外部CPU进行操控。
[0039] 交换机(例如，如图1至图12所示）可以支持多达四个地址(例如，IP地址、MAC地 址等中的任一个)。在前四种交换机模式（图1至图4)中，由于每种交换机模式中的网络是 共同的(例如，网络可以是ΝΕ0或EtherNet/IP(ENIP))，因此可以可互换地使用一个、两个、 三个或四个地址中的任一个。
[0040] 在交换机模式5A至9 (图5至图11)中，利用一个网络专用的地址1和3来支持 两个网络，其中可互换地使用任一个地址或这两个地址。此外，地址2和4专用于第二网络， 其中可互换地使用任一个地址或这两个地址。对于交换机模式5A至9,由于转发规则使用 这些地址以便于将业务（traffic)从 CPU (例如，CPU510、CPU610、CPU710、CPU810、CPU910、 CPU1010和CPU1110以及/或者CPU920、CPU1020和CPU1120中的任一个)唯一地转发至所 需网络，因此用于第一网络的地址中的一个或两者必须不同于用于第二网络的地址中的一 个或两者。例如，在交换机模式5和6(例如，图5至图8)中，网络地址专用于端口 1和2上 的网络，而第二网络地址专用于端口 3上的网络。在交换机模式7、8和9 (例如，图9至图 11)中，网络地址专用于端口 1上的网络，并且第二网络地址专用于端口 2上的网络。在交换 机模式1、2、7、8和9中，给定地址可以对应于端口 0上的内部CPU (例如，CPU110、CPU210、 CPU710、CPU810 和 CPU910)、以及端口 3 上的外部 CPU(例如，CPU120、CPU220、CPU720、CPU820 和CPU920)这两者。在交换机模式1、2、7、8和9中，向正确的CPU进行路由可以基于针对 主机端口的帧路由选项的配置。
[0041] 此外，如图12 (模式10)所示，配置可以具有直接连接至第一 CPU (S卩，内部 CPU1210)的第一网络(例如，NE011230)，而第二网络(例如，NE021240)可以直接连接至第 二CPU (例如，外部CPU1220)。应当理解，尽管图12将第一网络和第二网络分别图示为相 应的ΝΕΟ配置，但网络可以具有例如LAN、ENIP、ΝΕΟ的任意配置，其中可以唯一地组合网络 和 CPU。
[0042] 在以下的表1中概述图1至图11所示的各种交换机模式。

【权利要求】
1. 一种网络父换系统，包括： 交换机，包括中央处理器单元CPU侧通道、第一输入通道和第二输入通道； 内部CPU，连接至所述交换机的所述CPU侧通道和计算机总线； 第一外部端口，连接至所述交换机的所述第一输入通道； 多路复用器MUX，包括至少两个MUX交换机，其中第一 MUX交换机连接至所述交换机的 所述第二输入通道； 第二外部端口，连接至所述多路复用器；以及 配置参数，被配置为选择将所述第二外部端口路由至所述多路复用器中的所述第一 MUX交换机或所述多路复用器中的第二MUX交换机。
2. 根据权利要求1所述的网络交换系统，其中，所述内部CPU具有第一地址。
3. 根据权利要求1所述的网络交换系统，其中，还包括外部CPU，其中所述外部CPU连 接至所述计算机总线并且所述外部CPU具有第二地址。
4. 根据权利要求3所述的网络交换系统，其中，所述第二MUX交换机连接至所述外部 CPU。
5. 根据权利要求1所述的网络交换系统，其中，所述第一 MUX交换机连接至所述内部 CPU。
6. 根据权利要求5所述的网络交换系统，其中，还包括第三外部端口，其中所述第三外 部端口连接至所述多路复用器。
7. 根据权利要求6所述的网络交换系统，其中，所述配置参数还被配置为选择将所述 第三外部端口路由至所述多路复用器中的所述第二MUX交换机。
8. 根据权利要求1所述的网络交换系统，其中，所述系统并入人机接口 HMI。
9. 根据权利要求8所述的网络交换系统，其中，所述HMI被配置为对从所述HMI所监控 的装置接收到的数据进行处理，并且还被配置为将所述数据转发至连接至所述第一外部端 口或所述第二外部端口的远程装置。
10. -种方法，包括： 确定用于操作被配置为在第一网络配置和第二网络配置下进行操作的装置的网络是 否能够应用于所述第一网络配置或所述第二网络配置；以及 基于所述确定的结果，将所述装置配置为在所述第一网络配置或所述第二网络配置下 进行操作。
【文档编号】H04L12/46GK104301132SQ201410044026
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年1月30日 优先权日:2013年1月30日
【发明者】西瓦拉姆·巴拉苏布拉马尼安, 加里·D·多森, 本杰明·纳韦 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司